【正文】 兩軸跟蹤是根據(jù)太陽高度和赤緯角的變化情況而設(shè)計的，它具有最理想的光學(xué)性能，是最好的跟蹤方式，能夠。 拋物面聚焦集熱器只能收集直射光線，利用跟蹤裝置可以使系統(tǒng)截獲更多的太陽輻射。 高次曲面鏡面的研制 , 以及自適應(yīng)光學(xué)在自動跟蹤控制系統(tǒng)中的低成本應(yīng)用是提高太陽能聚光跟蹤系統(tǒng)效率 、 降低成本的重要保障 。 新的高次曲面比傳統(tǒng)幾何鏡面 (球面或拋物面等 )的聚光倍數(shù)可提高幾倍甚至十幾倍 。 雖然 , 對太陽能跟蹤系統(tǒng)的研究已經(jīng)進(jìn)行了幾十年 , 然而目前的聚光跟蹤系統(tǒng)仍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、 跟蹤成本高 、 聚光效率低的問題 。研究結(jié)果表明 ,改進(jìn)后可使接收器達(dá)到更高的熱效率、更低的溫度和更少的熱損失 , 年電能產(chǎn)量可提高 27%。新型空腔式接收器置于有壓容器中 , 陽光通過拋物面狀石英玻璃窗口進(jìn)入容 器 。 空腔式接收器最早應(yīng)用在 PHOEBUS系統(tǒng)中 , 利用金屬絲網(wǎng)直接吸收太陽輻射 , 溫度可高達(dá) 80℃ 。工質(zhì)介質(zhì)為水 /蒸汽 。后來 , 金屬絲網(wǎng)逐漸被 SIC或 A1203材料所取代。 非金屬接收器的優(yōu)點在于耐高溫、耐腐蝕 , 使用壽命長 , 常用材料有陶瓷、石墨、玻璃及氟塑料等。 按照制作材料 , 接收器又可分為金屬和非金屬兩大類。管狀接收器即為間接式。國際上現(xiàn)有的塔式太陽能接收器主要分為間接照射接收器和直接照射接收器兩大類。但光學(xué)效用不如真空集熱管好，在太陽能的中、低溫利用中，二者的效率有一相交值，在選擇時要根據(jù)具體情況選擇不同類型的集熱裝置。腔體式吸收器其結(jié)構(gòu)為一槽形腔體，外表面覆隔熱材料，利用腔體的黑體效用，可充分吸收聚焦后的陽光。我國自 80年代中期開始研制真空集熱管，攻克了熱壓封等許多技術(shù)難關(guān)，建立了擁有全部知識產(chǎn)權(quán)的真空集熱管生產(chǎn)基地，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平，生產(chǎn)能力也居世界首位。真空集熱管是一種高 效太陽集熱元件，從真空太陽能集熱管的材料來看，又可分為二類：一類為全玻璃真空太陽能集熱管；另一類為玻璃 !金屬真空太陽能集熱管。通過對單向拋物反射器反射面的研究，采用復(fù)合蜂窩技術(shù)，研制出了超輕型結(jié)構(gòu)的反射面，解決了使用平面玻璃制作曲面鏡的問題，降低了制造難度。與此對應(yīng)，降低制造成本也是研究的重點。它只需要用一維跟蹤就可以獲取中溫。按照聚光原理區(qū)分，聚光集熱器基本可分為反射聚光和折射聚光 2大類。 R. A dinberg提出了新穎的回流傳遞儲熱 ( Reflux heat transfer st orage, RHT S) 的概念 , 并搭建了 RHTS實驗平臺 ,獲得了測試數(shù)據(jù) ,同時利用 RHTS概念設(shè)計分析了一 12MW 的太陽能熱發(fā)電儲能系統(tǒng)。陳梟等對 AlSi合金的盛裝容器的相容性及防護(hù)涂層進(jìn)行了研究 , 對分別以石墨粉、 T iB有機(jī)硅樹脂為主要成分的幾種不同配方涂層的抗熱震性能、力學(xué)性能、耐蝕性能及使用壽命進(jìn)行了分析。李石棟等以水作為傳熱介質(zhì) , 建立了 AlSi合金相變儲能裝置 ,探索了 AlSi合金在太陽能熱發(fā)電中的研究 ,并對 AlSi合金相變儲能的傳熱性能進(jìn)行了實驗研究。西班牙在 1981年建立的 塔式太陽能熱發(fā)電的試驗裝置中 , 利用金屬 Na作為傳熱儲熱介質(zhì)。鋁硅合金的一些熱物理性能可參考如下 參數(shù) : 熔點 852K、熔融潛熱 515kJ/ kg、固相比熱( kg K)、液相導(dǎo)熱系數(shù) 70W/ ( m K) 、固相導(dǎo)熱系數(shù) 180W/ (m K)、固相密度2250kg/m179。 AlSi合金相變儲能材料有儲能密度大、儲熱溫度高、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)好、相變時過冷度小、相偏析小、性價比良好等特點。另外，隨著組分?jǐn)?shù)和傳熱單元數(shù)的增加，儲熱和放熱速率也有大幅提高， 2組分相變材料比單組分 相變材料的儲熱和放熱速率提高了 %， 2組分組合相變材料則比單組分相變材料的儲熱和放熱速率最大提高了 %。研究表明，組分?jǐn)?shù)和傳熱單元數(shù)增加越多，儲熱效能提高越顯著。 到目前為止，已有數(shù)千種潛熱儲熱材料，適用工作溫度可從幾十到近千攝氏度，這為組合潛熱材料的儲熱研究應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。而且，隨著容器材料中鐵（ Fe）溶入量的增加，合金的相變潛熱呈下降趨勢。液態(tài)鋁及其合金對金屬容器的腐蝕有 2種形式：一是在固液交界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在液態(tài)金屬的表面形成金屬間化合物型銹蝕物；二是液態(tài)鋁或合金浸潤固態(tài)金屬表面，然后溶于固態(tài)金屬并與其內(nèi)部活性元素組成相應(yīng)的腐蝕相。金屬相變儲熱材料在工程中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一是控制高溫液態(tài)金屬對容器的浸蝕。國內(nèi)的廣州工業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院廣州能源研究所、武漢理工大學(xué)在近幾年山西大學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 21 中也陸續(xù)進(jìn)行了鋁 硅（ AlSi）合金、鉛 鉍合金的相變儲熱 材料開發(fā)研究。以共晶點比例混合得到的混合相變工質(zhì)性能穩(wěn)定，具有確定且更低的熔點和更高的相變潛熱。從目前的研究結(jié)果來看，碳酸鹽、氯化鹽、硝酸鹽是鹽類潛熱儲熱材料主體，且以二元鹽和三元鹽居多。潛熱儲熱具有儲熱密度大、使用時可保持在一定溫度（相變溫度附近）下進(jìn)行吸熱和放熱、化學(xué)穩(wěn)定性好和安全性好的突出優(yōu)點，但在發(fā)生相變時，液 固兩相界面處的熱傳導(dǎo)效果較差，換熱器設(shè)計困難，成本較高，這些因素導(dǎo)致潛熱儲熱在實際應(yīng)用中規(guī)模較 小，進(jìn)展緩慢。 相變儲熱 相變儲熱，是利用儲熱材料 (PCM)相變時潛熱非常大的特點，進(jìn)行熱量的吸收和釋放。增加串聯(lián)總長度可以有效提高系統(tǒng)的熱性能，但是當(dāng)串聯(lián)總長度大于 1km 時，繼續(xù)增加串聯(lián)總長度對于特征固體溫度分布的影響很小，同時由于增加串聯(lián)總長度的同時會引起傳熱流體泵功的增加，因此串聯(lián)總長度并不是越大越好。 研究了混凝土儲熱系統(tǒng)溫躍層的發(fā)展及對儲熱系統(tǒng)的效率的影響，發(fā)現(xiàn)放熱時固體混凝土和流體沿著流程方向都存在一個溫躍層區(qū)域，在溫躍層區(qū)內(nèi)混凝土和流體由于存在溫差而持續(xù)放熱，并且隨著放熱的進(jìn)行，溫 躍層逐漸向下游移動；同時發(fā)現(xiàn)，隨著放熱的進(jìn)行，溫躍層占據(jù)的長度也逐漸增加；算例中計算出有效放熱時間為 ，放熱效率為 84％。這些特性與顆粒堆積床單罐溫躍層儲熱系統(tǒng)的放熱過程類似。當(dāng)溫躍層移動到出口時，流體出口溫度開始下降。在溫躍層區(qū)內(nèi)混凝土和流體由于存在溫差而持續(xù)放熱。同時對其力學(xué)性能和熱學(xué)性能進(jìn)行了分析。 2020——2020年完成第一代高溫混凝土儲能系統(tǒng)的測試 , 2020——2020年完成了 第二代高溫混凝土儲能系統(tǒng)的測試。高溫混凝土儲熱系統(tǒng)的概念是 1988——1992 年被提出來的 ,直到 1994年德國 DLR在 ZSW( Center for solar energy and hydrogen research) 才完成了 2個小型實驗系統(tǒng)的測試。國內(nèi)武漢理工大學(xué)朱教群等也開發(fā)了耐高溫混凝土，并對混凝土儲熱系統(tǒng)的強(qiáng)化換熱以及提高混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)方法進(jìn)行了研究。他們的研究表明，混凝土儲熱技術(shù)是一種非常有前景的低成本太陽能高溫儲熱技術(shù)。但是，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)較低，通常需要通過增加換熱面積或提高混凝土導(dǎo)熱系數(shù)來強(qiáng)化傳熱流體和儲熱介質(zhì)間的熱交換，而這又可能會引起儲熱成本的大幅度增加。雖然在國家科技部 ―863‖、 ―973‖計劃以及地方政府科技計劃項目的支持下，太陽能熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)取得了一定的成果，但仍然缺乏更加系統(tǒng)深入的研究。集成熔融鹽蓄熱技術(shù)的太陽能熱發(fā)電技術(shù)能夠提供穩(wěn)定連續(xù)可調(diào)的清潔電力，是未來解決世界能源問題的 主要技術(shù)途徑之一。同時，美國的 Solar Reserve公司在 2020年 7月獲得了 Nevada州公用事業(yè)委員會的支持，在內(nèi)華達(dá)州 To n o p ah附近的 Nye County建設(shè) 110MW的 CrescentDunes塔 式太陽能熱發(fā)電站，此電站也采用熔融鹽作為傳熱和蓄熱工質(zhì)，蓄熱能力為 10h。 Gemasolar電站由西班牙 Terresol Energy公司和美國 Solar Reserve公司聯(lián)合建設(shè)，裝機(jī)容量為 17MW，帶有 15h的熔融鹽蓄熱系統(tǒng)。 Solar Two是世界上第一個同時利用熔融鹽作為傳熱和蓄熱介質(zhì)的太陽能熱發(fā)電站，為熔融鹽在塔式太陽能熱發(fā)電站的應(yīng)用提供了很好的實驗數(shù)據(jù)和依據(jù)，也為熔融鹽這一新的山西大學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 19 傳熱蓄熱介質(zhì)在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。槽式系統(tǒng)蒸汽溫度僅為 377℃ ，塔式蓄熱系統(tǒng)的朗肯循環(huán)的蒸汽輪機(jī)能夠?qū)⒄羝麥囟忍岣叩?535℃ ，朗筒循環(huán)是指以水蒸氣作為制冷劑的一種實際的循環(huán)過程，主要包括等 熵壓縮、等壓冷凝、等熵膨脹、以及一個等壓吸熱過程，可以用來制熱，也可以用來制冷。相比利用導(dǎo)熱油的槽式太陽能熱發(fā)電站系統(tǒng)，塔式電站能夠獲得更高的蒸汽溫度。目前，槽式熔融鹽傳熱蓄熱雙罐蓄熱系統(tǒng)已引起歐美國家的關(guān)注， 2020年在意大利已經(jīng)建成的5MW ARCHIMEDESOLAR槽式示范電站中，就采用了熔融鹽傳熱蓄熱雙罐蓄熱系統(tǒng)。同時，與導(dǎo)熱油傳熱雙罐蓄熱相比，熱鹽罐溫度可提高到 500℃ 以上，也就是說提高了單位質(zhì)量蓄熱介質(zhì)的蓄熱量，因此對同樣容量的電站來說， 蓄熱介質(zhì)用量大幅減少，也會降低蓄熱系統(tǒng)的成本。槽式熔融鹽傳熱蓄熱雙罐蓄熱系統(tǒng)與槽式導(dǎo)熱油傳熱熔融鹽雙罐蓄熱系統(tǒng)相比，減少了二次換熱器，大大簡化了系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)成本。據(jù)統(tǒng)計，截至 2020年 4月，還有很多采用熔融鹽蓄熱系統(tǒng)的商業(yè)運行太陽能熱發(fā)電站正在建設(shè)之中，其中包括位于西班 牙Extremadura的裝機(jī)容量為 50MW的 Extremasol1電站，蓄熱時間 ；西班牙的 Extresol3電站，裝機(jī)容量為 50MW，蓄熱時間 ； Solana Generating Station電站，位于美國 Gila Bend，裝機(jī)容量為 280MW，蓄熱時間 6h。該電站位于西班牙 Granada省的 Guadix附近，擁有 ，采用的是 60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的硝酸鈉和 40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的硝酸鉀混合熔融鹽，一共 28 500t， 2個熔融鹽罐均為直徑 39m、高 14m。 采用熔融鹽作為太陽能熱 發(fā)電傳熱蓄熱介質(zhì)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下 4個方面：首先，熔融鹽的工作溫度高出導(dǎo)熱油等介質(zhì) 100℃ 左右，提高了系統(tǒng)的熱發(fā)電效率；其次，由于熔融鹽的工作壓力（約 2105Pa左右）遠(yuǎn)低于導(dǎo)熱油等介質(zhì)的壓力（ 10105 ～ 20105Pa），提高了太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的可靠性；第三，采用熔融鹽作為傳熱蓄熱介質(zhì)，同高溫導(dǎo)熱油相比，全壽命可由 2年左右提高到 20年以上；第四，熔融鹽在價格上也比導(dǎo)熱油有明顯優(yōu)勢，一般來說，導(dǎo)熱油 2萬 ——3萬元 /ｔ，而熔融鹽低于 1萬元 /t。 Zhen Yang等分析了斜溫層熔鹽的傳熱模型。辛嘉余等計算了 碳酸鈉 、 碳酸鉀 、 碳酸鋰 及其混合熔鹽的粘度。葉猛等建立了 硝酸鋰 熔鹽系統(tǒng)并進(jìn)行了熔鹽換熱性能實驗 , 初步得到 硝酸鋰 熔鹽的平均對流換熱系數(shù)為 5550——11800W/(㎡ K),努塞爾數(shù)為 150——320。吳玉庭等搭建了硝酸鋰熔鹽傳熱儲熱實驗平臺。 Lu Jianfeng等利 用 VOF模型對熔鹽在管道中的熱力和流動性能進(jìn)行了模擬分析 , 并對熔鹽在管道中的凝固和 熔化特性進(jìn)行了研究。 丁靜等 [11] 搭建了三元硝酸熔鹽的熱工測試平臺。熔鹽的選取原則主要的有熔鹽的凝固點要低、運動粘度要合適、高溫時 (500℃ ) 化學(xué)性能穩(wěn)定和與容器的腐蝕小、成本低。目前商業(yè)用的熔鹽有等 , 其中 Solar Salt的成本是這 3種熔鹽最低的 , 但凝固點最高。熔鹽的溫度極限可以為 450——600℃ , 有利于提高發(fā)電效率和降低成本。 熱流體和儲熱材料的選擇對電站的成本和效率有重要影響。后來，就出現(xiàn)了三元合成熔鹽 Hitec(142℃ )、 Hitec XL(120℃ )，這些熔鹽的凝固點降低了很多，同時它們的上限溫度卻降低不多。此外，它還是最便宜硝酸熔鹽之一。后來，該研究中心又用 44% Ca(NO3) 12% NaNO 44%KNO3(Hitec XL)作試驗，結(jié)果表明，在 450～ 500℃ 之間，經(jīng)過 10000次循環(huán)試驗后，填料與熔融鹽相容性仍很好，因而得到了大量使用。此外，運用熔融鹽也可以使儲熱效率提高 倍，從而減小蓄熱容器的體積?，F(xiàn)在，高溫熔鹽已由空間發(fā)電發(fā)展到地面太陽能電站發(fā)電。而在航天領(lǐng)域中，大量的儀器設(shè)備需要電能來維持驅(qū)動，特別是當(dāng)運行到太陽陰影區(qū)時，就需要儲存的熱能來維持。在原子能工業(yè)中，均相反應(yīng)堆用熔鹽混合物為燃料溶劑和傳熱介質(zhì)有許多優(yōu)點，它的操作溫度有可變的范圍，燃料的加入比較容易，核裂變的產(chǎn)物可以連續(xù)地移 出，使熱能－化學(xué)能－電能的相互轉(zhuǎn)換有效地實現(xiàn)。 由于以上這些特征，熔融鹽被廣泛用作熱介質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)以及核反應(yīng)介質(zhì)。通常的熔融鹽使用溫度在 300～1000℃ 之間，且具有 相對的熱穩(wěn)定性； (3)低的蒸汽壓。 形成熔融態(tài)鹽類的固體大部分為離子晶體，在高溫熔化后形成離子熔體，離子熔體在應(yīng)用中有許多不同于水溶液的性質(zhì)，熔融鹽的特性主要表現(xiàn)在以下幾個方面： (1)離子熔體。顯熱式高溫蓄熱材料具有性能穩(wěn)定、價格便宜等優(yōu)點，但其蓄熱密度低，蓄熱裝置體積龐大；潛熱式高溫蓄熱材料雖然存在著高溫腐蝕、價格較高等問題，但其蓄熱密度高，蓄熱裝置結(jié)構(gòu)緊湊，而且 吸熱－放熱過程近似等溫，易于運行控制和管理。 熔鹽 熔融鹽 (簡稱為熔鹽 )是鹽的熔融態(tài)液體，通常說的熔鹽是指無機(jī)鹽的熔融體，但現(xiàn)已包括氧化物熔體和熔融有機(jī)物。儲熱材料在 CSP系統(tǒng)中的 應(yīng)用有空氣、水 /水蒸氣、油 /巖石、金屬 Na、導(dǎo)熱油、熔鹽、陶瓷、混凝土。儲熱材料及儲熱系統(tǒng)在 CSP 系統(tǒng)中起著很重要的作用。國內(nèi)外大量研究人員正在研究可應(yīng)用于 CSP系統(tǒng)的高溫儲熱材料 , 主要集中在高溫儲